CN111032423A - 可变电力充电 - Google Patents

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Abstract

本发明提供用于对至少一个可充电存储装置（12），特别地用于驱动电动交通工具的可充电存储装置（12）进行充电的充电组件（10），所述充电组件（10）包括：多个隔离型DC功率输出（14）；至少一个出口（16），用于连接到至少一个可充电存储装置（12）；至少一个切换组件（18），用于使多个隔离型DC功率输出（14）连接到用于连接到至少一个可充电存储装置（12）的至少一个出口（16），由此，切换组件（18）适于使多个隔离型DC功率输出（14）中的至少两个串联和/或并联连接到至少一个出口（16）。本发明进一步提供用于对至少一个可充电存储装置（12），特别地用于驱动电动交通工具的可充电存储装置（12）进行充电的方法，该方法包括以下的步骤：提供多个隔离型DC功率输出（14）；提供用于连接到至少一个可充电存储装置（12）的至少一个出口（16）；以及提供用于使多个隔离型DC功率输出（14）连接到用于连接到至少一个可充电存储装置（12）的至少一个出口（16）的至少一个切换组件（18），其中，该方法包括以下的额外的步骤：使多个隔离型DC功率输出（14）中的至少两个串联和/或并联连接到至少一个出口（16）。

Description

可变电力充电
技术领域
本发明涉及特别是在驱动电动交通工具的领域中使用的可充电存储装置的电力充电（power charging）的领域。特别地，本发明涉及用于对至少一个可充电存储装置，特别地用于驱动电动交通工具的可充电存储装置（12）进行充电的充电组件，该充电组件包括：多个隔离型DC功率输出；至少一个出口（outlet），用于连接到至少一个可充电存储装置；至少一个切换组件，用于使多个隔离型DC功率输出连接到用于连接到至少一个可充电存储装置的至少一个出口。本发明还涉及用于对至少一个可充电存储装置，特别地用于驱动电动交通工具的可充电存储装置（12）进行充电的方法，该方法包括以下的步骤：提供多个隔离型DC功率输出；提供至少一个出口，用于连接到至少一个可充电存储装置；以及提供至少一个切换组件，用于使多个隔离型DC功率输出连接到用于连接到至少一个可充电存储装置的至少一个出口。
背景技术
对于即将出现和现有的电动交通工具，最重要的问题之一是对这些交通工具的电池进行充电。为了限制交通工具的重量，对于存储电能而言仅有限的存储容量是可用的。因此，要求提供充电设施，其中，能够在对于交通工具的驾驶员而言可接受的足够短的时间内，对电动交通工具的电池进行充电。特别地，当与带有基于燃烧的常规引擎（engine）的交通工具相比时。
电池的充电如今仍是非常复杂的问题。取决于交通工具类型、制造商、对于充电连接器的演进的标准、变化的充电技术、不同电池技术等，每个交通工具可能具有对于对其电池进行充电的独特要求，在可用的充电设施处必须考虑所述独特要求。
特别地，重要的是，在最先进的充电设施中，一般能够对单个交通工具进行充电。因此，即使当多个充电设施接近彼此而提供时，这些充电设施一般不共享充电硬件。充电设施一般作为完全独立的充电设施而提供。
为了减少充电次数，应用高功率充电。在高功率充电中，一般有在正常电流下增加电压、或在正常电压下增加电流、或甚至在增加的电流下增加电压的需要。由于每一个交通工具可能针对高功率充电而指定电流和电压的不同组合，所以可能要求电流和电压的不同组合来适应不同交通工具的需要。另外的问题是充电设施的可用性。因此，在一些场景下，对于对电动交通工具进行充电的需求超过充电站的可用性，使得电动交通工具基本是不可用的。
在本上下文中，文献WO 2011/145939涉及用于电动交通工具的充电***，该充电***包括：至少一个充电端口，其带有用于与至少一个电动交通工具交换功率的接口；至少一个功率变换器，用于使来自功率源（诸如，电网（power grid））的功率转换成对交通工具进行充电的适合格式，其中，功率变换器位于远离充电端口的位置（诸如，单独的房间和/或单独的建筑物）处。因此，用于电动交通工具的充电***包括：多个充电端口，其各自带有用于与至少一个电动交通工具交换功率的接口；多个功率变换器，用于使来自功率源（诸如，电网）的功率转换成对交通工具进行充电的适合格式；可切换连接矩阵，用于使至少一个功率变换器连接到至少一个充电端口；至少一个控制器，用于控制功率变换器中的至少一个和/或用于控制连接矩阵和功率变换器的切换操作；以及通信部件，用于与至少一个电动交通工具交换参数。
此外，文献WO 2013/100764 A1涉及用于对电动交通工具的电池进行充电的方法、充电控制器、充电器以及充电***。该方法包括：a）针对连接电动交通工具的每个端口而确定优先级。该方法还包括b）将最大可利用功率预算分配给带有第一优先级的端口。该方法仍还包括c）在带有第一优先级的端口处执行充电会话。该方法还包括d）监测从优先级端口递送到交通工具的实际功率。此外，该方法包括：e）取决于递送到交通工具的实际功率而调整优先级端口的功率预算值；和f）将剩余功率预算分配给带有第二高的优先级的端口。该方法还包括：g）如果功率预算超过预定阈值，则在被分配剩余功率预算的端口处启动或重新启动充电会话；以及h）重复步骤e-h。
发明内容
本发明的目标是提供用于对至少一个可充电存储装置，特别地用于驱动电动交通工具的可充电存储装置进行充电的充电组件，以及用于对至少一个可充电存储装置，特别地用于驱动电动交通工具的可充电存储装置进行充电的方法，这能够实现关于支持不同类型和数量的可充电存储装置和对于对可充电存储装置进行充电的电流需求的高水平的灵活性。
由独立权利要求实现该目标。在从属权利要求中，给出有利的实施例。
特别地，本发明提供用于对至少一个可充电存储装置，特别地用于驱动电动交通工具的可充电存储装置进行充电的充电组件，该充电组件包括：多个隔离型DC功率输出；至少一个出口，用于连接到至少一个可充电存储装置；至少一个切换组件，用于使多个隔离型DC功率输出连接到用于连接到至少一个可充电存储装置的至少一个出口，由此，切换组件适于使多个隔离型DC功率输出中的至少两个串联和/或并联连接到至少一个出口。
本发明还提供用于对至少一个可充电存储装置，特别地用于驱动电动交通工具的可充电存储装置进行充电的方法，该方法包括以下的步骤：提供多个隔离型DC功率输出；提供至少一个出口，用于连接到至少一个可充电存储装置；以及提供至少一个切换组件，用于使多个隔离型DC功率输出连接到用于连接到至少一个可充电存储装置的至少一个出口，由此，该方法包括以下的额外的步骤：使多个隔离型DC功率输出中的至少两个串联和/或并联连接到至少一个出口。
本发明的基本构思是给充电组件提供多个隔离型DC功率输出，所述多个隔离型DC功率输出给充电组件提供功率。由多个隔离型DC功率输出提供的功率根据可充电存储装置的需要而提供。因此，充电组件获得对带有不同电气规范的不同的可充电存储装置进行充电的灵活性。取决于充电组件的配置，单个充电组件能够用于将高功率提供给几个可充电存储装置中的仅一个，或同时将正常功率提供给多个或所有可充电存储装置。取决于功率的可用性，可充电存储装置的充电能力、可充电存储装置的功率需求以及其它参数，能够执行针对不同地形成的可充电存储装置的经优化的充电。
如今，对于在电动交通工具中使用的可充电存储装置的一般电压范围在150-500VDC之间。因此，多个隔离型DC功率输出可并联提供，以增加充电电流，和/或多个隔离型DC功率输出可串联连接，以增加充电电压。这虑及具有不同设计理念的不同交通工具使用相同充电组件进行充电，而不需要涵盖可能要求的电压和电流的整个范围的单个隔离型DC功率输出。该设计还虑及多出口充电器。此外，对于额外的构件的成本可与现有的技术方案相比而保持得非常少，因为，通常用于对多个出口或输出功率变换器进行预充电的构件能够被共享和/或再使用。
充电组件可以是电气或电子电路。充电组件能够作为独立装置而提供。充电组件能够安装于交通工具中。备选地，充电组件能够在固定式充电站处提供。电动交通工具是带有用于驱动交通工具的电动引擎的交通工具。其能够完全地被电驱动（即，仅利用电动引擎来电驱动）或（例如，当被提供有燃烧引擎连同电动引擎时）部分地被电驱动。
可充电存储装置一般指用于给用于驱动交通工具的电动引擎提供功率的电池。电池一般利用多个个别的电池单元（cell）来形成，这些电池单元组合成用于存储特定电能并且给交通工具提供特定电压和电流的任何适合并联和/或串联组合。任何适合种类的存储技术都能够用于提供电池。
充电组件的最简单的配置包括使一个隔离型DC功率输出连接到一个可充电存储装置。然而，为了给可充电存储装置提供不同电压和/或电流，切换组件能够在多个隔离型DC功率输出与至少一个可充电存储装置之间建立所要求的连接。
根据本发明的修改的实施例，充电组件包括通信部件，用于连接到存储装置的对应的通信部件，并且用于从存储装置接收最大充电电压，并且充电组件取决于最大充电电压而控制切换组件，以使多个隔离型DC功率输出中的至少两个串联和/或并联连接到至少一个出口。因此，存储装置本身或相关联的实体能够包括对应的通信部件，以便执行例如某种握手（handshake）并且交换充电参数并且对充电参数的集合达成一致。基于已知的最大充电电压，充电组件能够例如基于最大充电电压和进一步对所连接的存储装置进行充电而所要求的电压，利用经优化的电压启动对存储装置进行充电。此外，基于最大充电电压，能够立即在最大功率下启动充电。当例如标识可能的充电参数时，通过试验和差错而导致的充电过程的中断能够省略。根据本发明的修改的实施例，充电组件控制切换组件，以动态地配置最大充电电压。即使在存储装置以及特别地包括这种存储装置的电动交通工具（其没有将数据从存储装置转移到充电组件的过程部件）的情况下，这也能够实现使用本发明的充电组件。然而，充电组件能够通过提供对基本种类的存储装置的支持而改进充电过程。根据本发明的修改的实施例，充电组件包括用于连接到多个可充电存储装置的多个出口，由此，每个出口可连接到一个可充电存储装置，并且切换组件适于使多个隔离型DC功率输出中的至少两个独立于多个出口而串联和/或并联连接。因此，可能能够实现两个或更多个可充电存储装置的个别并且单独的连接。然而，充电能力可能取决于充电组件的具体内部设计而变化。取决于充电组件的能力而能够实现多个可充电存储装置的并行充电。
根据本发明的修改的实施例，充电组件包括至少一个隔离电源（power supply），其中的每个提供用于各自连接到一个隔离型DC功率输出的至少两个电源输出。因此，隔离电源能够实现与对充电组件供电的电源的隔离。此外，隔离电源各自能够实现对多个隔离型DC功率输出供电。隔离电源一般在其电源侧处连接到功率源，一般是AC功率源。
根据本发明的修改的实施例，隔离电源包括AC功率源和十二点整流器或Vienna整流器中的至少一个，并且十二点整流器或Vienna整流器具有用于各自连接到一个隔离型DC功率输出的两个电源输出。当对电源输出同等地进行加载时，能够容易地操作十二点整流器和Vienna整流器中的每个，由此可减少对功率源的反冲（backlash）。十二点整流器在其二次侧（即，连接到DC功率输出的一侧）处被提供有Y型和delta型二次配置。优选地，每个DC功率输出连接到十二点整流器的六个点。当同等地被加载时，两个DC功率输出共同形成对十二点整流器的十二点负载。因此，在不需要额外的电路（例如，整流器上的（耦合的）电感器）的情况下，满足十二点整流的优点。Vienna整流器指带有分离DC总线的AC整流器或PFC拓扑。对每个隔离型DC功率输出馈送DC总线的电压的一半。优点例如是，在例如Vienna整流器的情况下，能够遍及转换器使用所有的650V装置。必须注意到，除非PFC拓扑虑及不同加载，否则两个DC功率输出都同等地被加载，以保持总线对称。
根据本发明的修改的实施例，隔离电源配置成操作带有基本相等的负载的两个电源输出。相等的负载能够实现简单操作，并且还减少对连接到充电组件的功率源的反冲。
根据本发明的修改的实施例，每个隔离型DC功率输出包括隔离转换器。隔离转换器执行其输入侧与输出侧之间的电隔离。
根据本发明的修改的实施例，通常在每个隔离转换器的最大电流的倍数的电流设定点处操作隔离转换器。不同配置是可能的，这仅受限于DC功率输出的可用性和连接到所述DC功率输出的可充电存储装置的重叠需求。
根据本发明的修改的实施例，充电组件包括至少一个出口充电器，其中的每个连接到一个出口。出口充电器可以执行用于对可充电存储装置进行充电的另外的功能。优选地，出口充电器与可充电存储装置通信，以便执行理想的充电操作。
根据本发明的修改的实施例，充电组件包括至少一个预充电级（pre-chargestage），其中的每个连接到一个出口。预充电级利用可充电存储装置来执行对充电参数的否定。因此，预充电级优选地包括用于与连接到出口的相应的可充电存储装置的充电设定进行协商的通信单元。预充电级优选地是出口充电器的一部分。
根据本发明的修改的实施例，切换组件包括有源和无源切换元件的组合。优选地选择有源和无源切换元件，以能够实现提供成本效益高的切换组件。此外，通过提供智能控制，使得转换器和/或充电出口的切换元件能够再次用作切换矩阵的一部分，使得与现有技术方案相比而要求硬件仅略微改变或甚至不改变。有源切换元件包括有源半导体，例如，晶体管、IGBT、晶闸管等、以及继电器或其它机械开关。无源切换元件包括例如二极管。机械开关优选在不同构件之间执行隔离。
根据本发明的修改的实施例，充电组件包括被提供来使可充电存储装置竖直分离的竖直隔离屏障。因此，避免来自不同的可充电存储装置的在主电源方向的反馈。同样地，能够控制以避免循环电流。竖直隔离屏障可利用至少一个或多个隔离切换元件来实现。隔离切换元件可以是切换组件的一部分。
根据本发明的修改的实施例，充电组件包括被提供来使充电组件在个别的隔离型DC功率输出之间水平分离的至少一个水平隔离屏障。至少一个水平隔离屏障能够实现个别的隔离型DC功率输出之间的高度的独立性。水平隔离屏障可利用至少一个或多个隔离切换元件来实现。隔离切换元件可以是切换组件的一部分。
根据本发明的修改的实施例，提供用于连接到至少一个可充电存储装置的至少一个出口的步骤包括：提供多个出口，并且使多个隔离型DC功率输出中的至少两个串联和/或并联连接到至少一个出口的步骤包括：使多个隔离型DC功率输出中的至少两个独立于多个出口而串联和/或并联连接。因此，关于隔离型DC功率输出、可充电存储装置以及至少一个出口的配置，达到非常高的水平的自由度。
根据本发明的修改的实施例，使多个隔离型DC功率输出中的至少两个串联连接到至少一个出口的步骤包括：在比多个隔离型DC功率输出中的至少两个中的至少一个略高，优选地更高1%与40%之间，进一步优选更高3%与30%之间，更进一步优选更高5%与20%之间的电流设定点处，操作多个隔离型DC功率输出中的至少两个中的至少一个。优选地，交通工具将传递其最大电池电压和/或电流以用于充电。能够在充电之前预先配置切换矩阵，以便虑及在充电时施加存储装置的最大电压。
在并联配置中，取决于电流需求，对于所有模块的电压和电流设定点可以是Ireq/4，或能够选择另一分布。如果对于某一时段，Ireq<3*I模块，则我们可减少并联模块的数量，并且释放出口，以便对下一个客户而言是可用的。如果电流Ireq<2*I模块，则我们能够释放出口，以便还可用于串联操作。电压和电流或功率的该可用性能够在出口处指示。特别地，如果DC功率输出串联连接，则用于DC功率输出的电压设定点可以是V设定/2。电流设定点可均匀地或不均匀地分布于DC功率输出之间。通过对一些DC功率输出赋予与其它DC功率输出不同的设定点，它们可能被迫进入电压控制或电流控制中。必须很好地选择设定点，以便防止振荡。例如，如果两个DC功率输出串联连接，则底部DC功率输出具有略高的电流设定点I设定*1.1和电压设定点V设定/2。因此，相应的DC功率输出将始终处于电压控制，而顶部模块将确定电流调节I设定，同样地有电压设定点V/2。以此方式，两个DC功率输出的电流调节都将不会干扰彼此。如果存在并联提供的两串DC功率输出，例如，如果两串DC功率输出都设定成I设定*1.1/2，从而迫使它们处于电压控制，而顶部DC功率输出设定成I设定/2以调节电流，则电流应当恰好地分布于底部DC功率输出之间。
为了从串联配置转变到并联配置，电流需要调整成整串中的可用的最大电流。然后，配置的一部分关闭其充电电流，并且输出电压减少至0V。矩阵配置（无缝地）改变成串联配置，由此，输出二极管应当注意该转变。然后，能够使电压在DC功率输出之间均等，而在其输出电流中没有骤降（dips）/纹波，或在输出电流中至少有降低水平的骤降/纹波。
附图说明
本发明的这些方面及其它方面将根据下文中所描述的实施例显而易见并且参考下文中所描述的实施例而得以阐明。
在附图中：
图1示出根据第一优选实施例的充电组件的示意图，该充电组件包括两个隔离型DC输出，
图2示出根据第二实施例的充电组件的示意图，该充电组件包括连接到十二点变压器的两个隔离型DC输出，
图3示出根据第三实施例的充电组件的示意图，该充电组件包括连接到Vienna整流器的两个隔离型DC输出，
图4示出根据第四实施例的充电组件的示意图，该充电组件包括连接到十二点变压器和一个出口充电器的两个隔离型DC输出，
图5示出根据第五实施例的充电组件的示意图，该充电组件包括连接到十二点变压器和两个出口充电器的两个隔离型DC输出，
图6示出根据第六实施例的充电组件的示意图，该充电组件包括连接到十二点变压器和两个出口充电器的两个隔离型DC输出，其中一次仅可使用一个出口，
图7示出根据第七实施例的充电组件的示意图，该充电组件包括连接到十二点变压器和两个出口充电器的两个隔离型DC输出，其中一次仅可使用一个出口，
图8示出根据第八实施例的充电组件的示意图，该充电组件与第七实施例相比，包括连接到十二点变压器和两个出口充电器的两个隔离型DC输出，其中一次仅可使用一个出口，在使两个出口充电器连接的线路数量减少的情况下具有双重串联/并联切换能力，
图9示出根据第九实施例的充电组件的示意图，该充电组件与第五实施例相比，包括两个隔离型DC输出和两个出口充电器以及在两个出口充电器之间的额外的隔离，
图10示出根据第十实施例的充电组件的示意图，该充电组件与第六实施例相比，包括两个隔离型DC输出和用于同时充电的两个出口充电器以及在两个出口充电器之间的额外的隔离，
图11示出根据第十一实施例的充电组件的示意图，该充电组件与第十实施例相比，包括两个隔离型DC输出和用于同时充电的两个出口充电器以及在两个出口充电器之间的经修改的隔离，
图12示出根据第十二实施例的充电组件的示意图，该充电组件与第七实施例相比，包括两个隔离型DC输出和用于同时充电的两个出口充电器以及在两个出口充电器之间的额外的隔离，
图13示出根据第十三实施例的充电组件的示意图，该充电组件包括三个隔离型DC输出和用于同时充电的三个出口充电器以及在三个出口充电器之间的额外的隔离，
图14示出根据第十四实施例的充电组件的示意图，该充电组件包括四个隔离型DC输出和用于同时充电的四个出口充电器以及在四个出口充电器之间的额外的隔离，
图15示出带有不同充电配置的第十四实施例的充电组件的操作区域的示意图，以及
图16示出根据本发明的用于对至少一个可充电存储装置进行充电的方法的流程图。
具体实施方式
图1示出根据第一优选实施例的充电组件10的示意图。充电组件10被提供用于对一个可充电存储装置12进行充电，所述可充电存储装置12是用于提供用于驱动电动交通工具的功率的电池。未明确地示出充电组件10到功率源的连接。然而，能够基于对另外的实施例的描述而清楚地理解并且应用这样的连接。
第一实施例的充电组件10包括两个隔离型DC功率输出14，其中的每个包括隔离转换器15。第一实施例的充电组件10还包括用于连接到可充电存储装置12的一个出口16。两个隔离型DC功率输出14可连接到出口16，以便对可充电存储装置12进行充电。
根据第一实施例，提供切换组件18，以便使两个隔离型DC功率输出14与其切换元件X1、……、X4并联或串联连接。在该实施例中，切换元件X1是可选的。对于隔离型DC功率输出14的并联操作，有源切换元件X1、X2以及X4闭合。对于隔离型DC功率输出14的串联操作，仅有源切换元件X1和X3闭合。
图2示出根据第二实施例的充电组件10。第二实施例的充电组件10基于第一实施例的充电组件10。因此，将按要求仅详细地讨论两个充电组件10之间的差异。省略对相同细节的重复讨论。因此，如果未另外阐明，则第二实施例的充电组件10的细节与第一实施例的充电组件10的那些细节相同。
如能够在图2中详细看到的那样，第二实施例的充电组件10包括连接到AC功率源22的隔离电源20。根据第二实施例，隔离电源20包括十二点变压器24，所述十二点变压器24提供两个六点电源25，以作为电源输出28而连接。十二点整流器24包括带有Y型和Delta型结构的二次绕组。
第二实施例的充电组件10包括连接到十二点变压器24（即，连接到电源输出28）的两个隔离型DC功率输出14。隔离型DC功率输出14经由切换组件18连接到出口16和可充电存储装置12。切换组件18包括切换元件，所述切换元件是有源切换元件S4和无源切换元件D1、D3、D4，其根据第二实施例作为二极管而提供。有源切换元件S4用于迫使DC功率输出14串联。当有源切换元件S4断开时，图2中的隔离型DC功率输出14的下部的电流沿着正常路径流过无源切换元件D3。图2中的上部隔离型DC输出14的电流自由地流过无源切换元件D4，并且可选地流过无源切换元件D1，有效地使得隔离型DC功率输出14并联。当有源切换元件S4闭合时，无源切换元件D4将阻断（block），并且经历（see）下部DC输出14的电压。无源切换元件D3将阻断，并且经历上部DC输出14的电压。电流流过有源切换元件S4并且可选地流过无源切换元件D1，有效地使得DC功率输出14串联。有源切换元件S4可利用半导体（例如，IGBT或MOSFET）或机械切换元件（在其断开触点之间具有功能性隔离）来实现。
图3示出根据第三实施例的充电组件10。第三实施例的充电组件10基于第二实施例的充电组件10。因此，将按要求仅详细地讨论两个充电组件10之间的差异。省略对相同细节的重复讨论。因此，第三实施例的充电组件10的细节与第二实施例的充电组件10的那些细节相同。
与第二实施例的充电组件10形成对照，第三实施例的充电组件10包括隔离电源20，所述隔离电源20代替第二实施例的十二点整流器24而包括Vienna整流器26。
Vienna整流器26指带有分离DC总线27的AC/DC整流器或PFC拓扑。两个隔离型DC功率输出14连接到Vienna整流器26。给每个隔离型DC功率输出14馈送DC总线27的电压的一半。第三实施例的充电组件10的操作如在上文中关于第二实施例的充电组件10而描述的那样。
图4示出根据第四实施例的充电组件10。第四实施例的充电组件10基于第二实施例的充电组件10。因此，将按要求仅详细地讨论两个充电组件10之间的差异。省略对相同细节的重复讨论。因此，第四实施例的充电组件10的细节与第二实施例的充电组件10的那些细节相同。
与第二实施例的充电组件10相比，根据第四实施例的充电组件10另外包括两个出口充电器30。如图4中所示出的，下部出口充电器30连接到出口16。出口充电器30包括预充电级32。预充电级32执行与可充电存储装置12的对充电参数的协商。
第四实施例的充电组件10的操作如在上文中关于第二实施例的充电组件10而描述的那样。虽然无源切换元件D1、D3示出为两个出口充电器30的一部分，但充电组件10的操作未被修改。基于对于充电协议需要的预充电级32的要求来提供无源切换元件D1、D3。因此，取决于要求而再使用这些无源切换装置D1、D3。在备选实施例中，取决于充电协议而给单个出口充电器30提供预充电电路32。因此，提供接触器以迅速地切断输出，以使得安全地触摸连接器。充电协议可以是例如日本标准CHAdeMO或对于CCS（EU/US）充电***的IEC61851-23 ed 1.0 2010或来自IEC 61851-23 ed 1.0 2010。
图5示出根据第五实施例的充电组件10。第五实施例的充电组件10基于第四实施例的充电组件10。因此，将按要求仅详细地讨论两个充电组件10之间的差异。省略对相同细节的重复讨论。因此，未进一步讨论的第五实施例的充电组件10的细节与第四实施例的充电组件10的那些细节相同。
与第四实施例的充电组件10相比，根据第五实施例的充电组件10包括两个出口16和两个相同的出口充电器30。出口充电器30各自包括预充电级32并且具有相同的配置。然而，根据第五实施例，两个出口16不能同时地***作。因此，一次仅可使用一个出口16，即，一个出口16仅可连接到DC功率输出14中的一个，而另一个DC功率输出14可串联或并联连接。
能够通过上部DC功率输出14对上部可充电存储装置12进行充电。底部可充电存储装置12如在上文中关于第四实施例而描述的那样，即，可利用并联或串联的两个DC功率输出14对底部可充电存储装置12进行充电，以用于高功率充电。如果充电协议要求不同预充电级32，则能够复制这些电路。为了安全起见，有源切换元件S2、S3、S5以及S6可以用于使未使用的出口隔离。
如能够在图5中进一步看到的，出口充电器30包括通常能够实现竖直隔离屏障34的竖直隔离开关40。竖直隔离屏障34被提供来使可充电存储装置12竖直分离。在该实施例中，竖直隔离切换元件42是切换组件18的一部分。
根据备选实施例，未使用的出口16的预充电级32用于高功率出口16上的从串联到并联的无纹波转变。
图6示出根据第六实施例的充电组件10。第六实施例的充电组件10基于第五实施例的充电组件10。因此，将按要求仅详细地讨论两个充电组件10之间的差异。省略对相同细节的重复讨论。因此，第六实施例的未详细地讨论的充电组件10的细节与第五实施例的充电组件10的那些细节相同。
与第五实施例的充电组件10相比，根据第六实施例的充电组件10包括修改的切换组件18。因此，切换组件18包括额外的有源切换元件S11，所述有源切换元件S11可以是半导体切换元件。第六实施例的充电组件10的操作如在上文中关于第五实施例的充电组件10而描述的那样。不支持两个可充电存储装置12的同时充电，使得一次仅可使用一个输出。如图6中所示出的，底部出口16能够取决于切换元件S4的配置而利用串联或并联的DC功率输出14来充电。上部出口16能够取决于切换元件S11的配置而利用并联的两个DC功率输出14来充电。
图7示出根据第七实施例的充电组件10。第七实施例的充电组件10基于第六实施例的充电组件10。因此，将按要求仅详细地讨论两个充电组件10之间的差异。省略对相同细节的重复讨论。因此，第七实施例的未详细地讨论的充电组件10的细节与第六实施例的充电组件10的那些细节相同。
与第六实施例的充电组件10相比，根据第七实施例的充电组件10包括又一另外的修改的切换组件18。因此，切换组件18包括另外的切换元件S1、D2、S7，其可以是半导体切换元件。第七实施例的充电组件10的操作如在上文中关于第六实施例的充电组件10而描述的那样。不支持两个可充电存储装置12的同时充电。因此，两个出口16都可利用串联或并联的DC功率输出14来充电，但一次仅可使用一个出口16。两个出口16都可并联和串联连接到DC功率输出14。
图8示出根据第八实施例的充电组件10。第八实施例的充电组件10基于第七实施例的充电组件10。因此，将按要求仅详细地讨论两个充电组件10之间的差异。省略对相同细节的重复讨论，因此，第八实施例的未详细地讨论的充电组件10的细节与第七实施例的充电组件10的那些细节相同。
与第七实施例的充电组件10相比，根据第八实施例的充电组件10包括又一另外的修改的切换组件18。因此，切换组件18包括额外的有源切换元件S10、S11，所述有源切换元件S10、S11可与先前的有源切换元件S1、S4一起实现两个DC功率输出14与两个出口16之间的全互连。有源切换元件S1、S10、S4、S11被连接，以在其间共享单个线路42。正如有源切换元件S4、S11，有源切换元件S1、S10与半导体形成半桥。无源切换元件D2、D4取决于例如损耗、稳健性等的要求可以是体二极管或实际二极管。因此，两个出口16中的每个经由切换组件16是可连接的，以使两个隔离型DC功率输出14独立地串联或并联连接。然而，还根据第八实施例，一次仅可使用一个出口16。
图9示出根据第九实施例的充电组件10。第九实施例的充电组件10基于第五实施例的充电组件10。因此，将按要求仅详细地讨论两个充电组件10之间的差异。省略对相同细节的重复讨论。因此，第九实施例的未再次详细地讨论的充电组件10的细节与第五实施例的充电组件10的那些细节相同。
与第五实施例的充电组件10相比，根据第九实施例的充电组件10包括修改的切换组件18。因此，切换组件18包括额外的有源切换元件S8和S9。此外，充电组件10包括水平隔离屏障36，所述水平隔离屏障36被提供来使充电组件10在个别的隔离型DC功率输出14之间水平分离。水平隔离屏障38能够实现个别的隔离型DC功率输出14之间的高度的独立性。水平隔离屏障36利用水平隔离切换元件38来实现。在该实施例中，水平隔离切换元件38是切换组件18的一部分。
在根据第九实施例的充电组件10的情况下，两个可充电存储装置12都可利用来自每个DC功率输出14的正常电压和正常电流来同时充电。每个出口16可与其相应的DC功率输出14一起使用。底部出口16能够另外用于高功率充电，其中两个DC功率输出14串联或并联连接，以增加电压和/或电流。因此，出口16可与一个DC功率输出14一起同时使用。备选地，一个出口16可使用串联或并联的DC功率输出14。
由于功率电平能够在两个DC功率输出14之间是不同的，因而谐波并非自动地等同于十二点整流器24。因此，必须注意谐波。
图10示出根据第十实施例的充电组件10。第十实施例的充电组件10基于第九实施例的充电组件10。因此，将按要求仅详细地讨论两个充电组件10之间的差异。省略对相同细节的重复讨论。因此，第十实施例的未再次详细地讨论的充电组件10的细节与第九实施例的充电组件10的那些细节相同。
与第九实施例的充电组件10相比，根据第十实施例的充电组件10包括修改的切换组件18。详细而言，第十实施例的切换组件18另外包括有源切换元件S11。这能够实现使用针对两个出口16的两个DC功率输出14的并联配置（即，一个出口16连接到一个DC功率输出14），但能够实现使用在仅一个出口16上的两个DC功率输出14的串联配置。在同时充电的情况下，有源切换元件S8、S9提供两个出口16之间的隔离（即，其中一个出口16连接到其相应的DC功率输出14）。因此，出口16可与一个DC功率输出14一起同时使用。备选地，一个出口16可使用串联或并联的DC功率输出14，而另一个仅能够使得DC功率输出14并联。
图11示出根据第十一实施例的充电组件10。第十一实施例的充电组件10基于第十实施例的充电组件10。因此，将按要求仅详细地讨论两个充电组件10之间的差异。省略对相同细节的重复讨论。因此，第十一实施例的充电组件10的未再次详细地讨论的细节与第十实施例的充电组件10的那些细节相同。
与第十实施例的充电组件10相比，根据第十一实施例的充电组件10包括修改的切换组件18。与第六实施例相比，根据第十一实施例的充电组件10能够实现高功率充电，其中两个DC功率输出14串联或并联连接。出口16可与一个DC功率输出14一起同时使用。备选地，两个出口16都可使用串联或并联的DC功率输出14。
图12示出根据第十二实施例的充电组件10。第十二实施例的充电组件10基于第十一实施例的充电组件10。因此，将按要求仅详细地讨论两个充电组件10之间的差异。省略对相同细节的重复讨论。因此，第十二实施例的充电组件10的未再次详细地讨论的细节与第十一实施例的充电组件10的那些细节相同。
与第十一实施例的充电组件10相比，根据第十二实施例的充电组件10包括修改的切换组件18。根据第十二实施例的充电组件10类似于根据第七实施例的充电组件10，由此，能够实现在出口16中的每个处对可充电存储装置12同时进行充电。因此，出口16可与一个DC功率输出14一起同时使用。备选地，两个出口16都可使用串联或并联的DC功率输出14。与第十一实施例的充电组件10相比，隔离开关的数量可减少一个。
图13示出根据第十三实施例的充电组件10。第十三实施例的充电组件10基于第十二实施例的充电组件10。因此，将按要求仅详细地讨论两个充电组件10之间的差异。省略对相同细节的重复讨论。因此，第十三实施例的充电组件10的未再次详细地讨论的细节与第十二实施例的充电组件10的那些细节相同。
与第十二实施例的充电组件10相比，根据第十三实施例的充电组件10包括另外的并联的DC功率输出14和出口16，其中可充电存储装置12连接到所述出口16。切换组件18被修改，以进一步连接添加的DC功率输出14和出口16。在根据第十三实施例的充电组件10的情况下，每个出口16可采取其相邻出口16中的一个或多个的DC功率输出14，并且添加并联或串联的DC功率输出14。这能够在出口16中的一个上针对两个或甚至三个DC功率输出14而同时进行。除非添加更多的切换装置/硬件，否则全部三个DC功率输出14都可并联连接，并且高达两个DC功率输出14可串联连接。因此，根据第十三实施例，出口16可与一个DC功率输出14一起同时使用。备选地，一个出口16可使用串联或并联的两个DC功率输出14，而DC功率输出14中的一个对于其相应的出口16保持是可用的。备选地，一个出口16可连接到并联的全部三个DC功率输出14。
图14示出根据第十四实施例的充电组件10。第十四实施例的充电组件10基于第十三实施例的充电组件10。因此，将按要求仅详细地讨论两个充电组件10之间的差异。省略对相同细节的重复讨论。因此，第十四实施例的充电组件10的未再次详细地讨论的细节与第十三实施例的充电组件10的那些细节相同。
与第十三实施例的充电组件10相比，根据第十四实施例的充电组件10包括总共四个并联DC功率输出14和四个出口16，其中可充电存储装置12连接到出口16中的每个。切换组件18被修改，以互连DC功率输出14和出口16互连。在根据第十四实施例的充电组件10的情况下，每个出口16可采取其相邻出口16中的一个或多个的DC功率输出14并且添加并联或串联的DC功率输出14。因此，充电组件18能够实现利用串联或并联连接的一个DC功率输出14的功率的高达四倍来对可充电存储装置12进行充电。备选地，可利用串联或并联的单个DC功率输出14的功率的两倍或每个出口16上的并联的一个DC功率输出14的功率的一至四倍对两个可充电存储装置12同时进行充电。因此，出口16可与一个DC功率输出14一起同时使用。备选地，两个出口16能够采用二乘二串联或高达四个并联的方式使用四个DC功率输出14。未使用的DC功率输出14将对于其相应的出口16保持是可用的。备选地，其它两个出口16可使用并联的高达四个DC功率输出14。在此情况下，未使用的DC功率输出14将对于相应的出口16保持是可用的。
更详细而言，根据第十四实施例，两个出口16在能够实现高达500V的CHAdeMO规范下内联（in-line），并且两个出口16是继续高达1000V的CCS。仅需要切换元件S24来允许两个CCS出口上的2S2P配置，但如果我们将需要CHAdeMO出口上的所述2S2P配置，则将需要额外的切换元件S25。在四出口式配置中，并非所有的组合都将是标准的，但如果我们已经具有S24和S25，则添加S26和S28将使得全矩阵是可能的。
在DC功率输出14的并联配置中，对于所有的DC功率输出14的电压和电流设定点都可以是Ireq/4，或能够例如取决于可充电存储装置12的电流需求而选择另一电流分布。能够例如在图15中看到细节。如果例如在给定时段期间，Ireq<3*I模块，则并联模块的数量可减少，并且释放出口16，以便对下一个客户而言是可用的。如果电流Ireq<2*I模块，则我们能够释放出口16，以便还可用于串联操作。电压和电流或功率的该可用性能够在出口16处指示。
如果DC功率输出14设定成串联，则对于模块的电压设定点可以是V设定/2，而电流设定点可均匀地或不均匀地分布于DC功率输出14之间。
通过对一些DC功率输出14赋予与其它DC功率输出不同的设定点，它们可能被迫执行电压控制或电流控制。为了防止振荡，可取的是，确保这是很好的选择。例如，如果两个DC功率输出14串联连接，则底部的DC功率输出14具有略高的电流设定点I设定*1.1和电压设定点V设定/2。因此，它将始终处于电压控制，而顶部DC功率输出14将确定电流调节I设定，还具有电压设定点V/2。以此方式，两个DC功率输出14的电流调节都将不会干扰彼此。如果存在并联连接的两串DC功率输出14，如果所述两串DC功率输出14都设定成I设定*1.1/2，从而迫使它们处于电压控制，而顶部DC功率输出14设定成I设定/2以调节电流，则电流应当恰好地分布于底部模块之间。
为了从串联转变到并联，电流需要调整成整串中的可用的最大电流。然后，配置的一部分关闭其充电电流，并且输出电压减少至0V。切换组件18（无缝地）配置成串联配置，输出二极管应当注意该转变。然后，能够使电压在切换组件18之间均等，而在输出电流中没有严重骤降/纹波。
根据本发明的修改的实施例，隔离转换器15通常在每个隔离转换器（15）的最大电流的倍数的电流设定点处操作。不同配置是可能的，这仅受限于DC功率输出的可用性和连接到所述DC功率输出的可充电存储装置的重叠需求。
图15示出带有不同充电配置的第十四实施例的充电组件10的操作区域的示意图。如可看到的那样，不同配置是可能的，这仅受限于DC功率输出14的可用性和连接到所述DC功率输出14的可充电存储装置12的重叠需求。
本发明还提供用于对至少一个可充电存储装置12，特别地用于驱动电动交通工具的可充电存储装置12进行充电的方法。该方法在图16中描绘。该方法从提供多个隔离型DC功率输出14的步骤S100开始。
在随后的步骤S110中，提供用于连接到至少一个可充电存储装置12的多个出口16。
根据步骤S120，至少一个切换组件18被提供用于使多个隔离型DC功率输出14连接到用于连接到至少一个可充电存储装置12的至少一个出口16。
在随后的步骤S130中，多个隔离型DC功率输出14中的至少两个串联和/或并联连接到一个出口16。此外，多个隔离型DC功率输出14中的至少两个独立于多个出口16而串联和/或并联连接。
此外，根据步骤S130，隔离型DC功率输出14在不同电流设定点处操作，由此，一个DC功率输出14的电流设定点略高于另一DC功率输出14的电流设定点。一个DC功率输出14的电流设定点优选地更高1%与40%之间，进一步优选更高3%与30%之间，更进一步优选更高5%与20%之间。在并联配置中，对于所有的DC功率输出14的电压和电流设定点都取决于电流需求而设定成Ireq/4或另一分布。如果对于给定时段，Ireq<3*I模块，则并联的DC功率输出14的数量减少，并且出口16被释放，以便对另一客户而言是可用的。如果对于给定时段，电流Ireq<2*I模块，则两个出口16被释放，然后所述两个出口16还可用于串联操作。特别地，如果DC功率输出14串联连接，则对于DC功率输出14的电压设定点可以是V设定/2。电流设定点可均匀地或不均匀地分布于DC功率输出14之间。通过对一些DC功率输出14赋予与其它DC功率输出不同的设定点，它们可能被迫进入电压控制或电流控制中。一般，如果两个DC功率输出串联连接，则一个DC功率输出具有略高的电流设定点I设定*1.1和电压设定点V设定/2。因此，相应的DC功率输出14将始终处于电压控制，而另一个DC功率输出14将确定电流调节I设定，还有电压设定点V/2。如果存在并联提供的两串DC功率输出14，例如，如果所述两串DC功率输出14都设定成I设定*1.1/2，从而迫使它们处于电压控制，而顶部DC功率输出14设定成I设定/2以调节电流，则电流恰好地分布于例如底部DC功率输出14之间。
虽然已在附图和前文的描述中详细地图示并且描述本发明，但这样的图示和描述将被认为是说明性或示范性并且是非限制性的；本发明不限于所公开的实施例。通过本领域技术人员在对要求保护的本发明的实践中，根据研究附图、本公开以及所附权利要求书，能够理解并且实施要被公开的实施例的其它变体。在权利要求书中，词语“包括”不排除其它元件或步骤，并且不定冠词“一”或“一个”不排除复数个。仅在互不相同的从属权利要求中叙述某些措施这一事实不指示这些措施的组合不能有利地使用。权利要求书中的任何参考符号都不应当被解释为限制范围。
参考符号列表
10 充电组件
12 可充电存储装置
14 DC功率输出
15 隔离转换器
16 出口
18 切换组件
20 隔离电源
22 AC功率源
24 十二点整流器
25 六点电源
26 Vienna整流器
27 DC链路
28 电源输出
30 出口充电器
32 预充电级
34 竖直隔离屏障
36 水平隔离屏障
38 水平隔离开关
40 竖直隔离开关
42 单个线路。

Claims (17)

1.一种用于对至少一个可充电存储装置（12），特别地用于驱动电动交通工具的可充电存储装置（12）进行充电的充电组件（10），包括：
多个隔离型DC功率输出（14），
至少一个出口（16），用于连接到所述至少一个可充电存储装置（12），
至少一个切换组件（18），用于使所述多个隔离型DC功率输出（14）连接到用于连接到所述至少一个可充电存储装置（12）的所述至少一个出口（16），
其特征在于，
所述切换组件（18）适于使所述多个隔离型DC功率输出（14）中的至少两个串联和/或并联连接到所述至少一个出口（16）。
2.根据权利要求1所述的充电组件（10），
其特征在于，
所述充电组件（10）包括通信部件，用于连接到所述存储装置（12）的对应的通信部件，并且用于从所述存储装置（12）接收最大充电电压，以及
所述充电组件（10）取决于所述最大充电电压而控制所述切换组件（18），以使所述多个隔离型DC功率输出（14）中的至少两个串联和/或并联连接到所述至少一个出口（16）。
3.根据权利要求1所述的充电组件（10），
其特征在于，
所述充电组件（10）控制所述切换组件（18），以动态地配置最大充电电压。
4.根据任一项前述权利要求所述的充电组件（10），
其特征在于，
所述充电组件（10）包括用于连接到多个可充电存储装置（12）的多个出口，由此，每个出口（16）可连接到一个可充电存储装置（12），以及
所述切换组件（18）适于使所述多个隔离型DC功率输出（14）中的至少两个独立于多个出口（16）而串联和/或并联连接。
5.根据任一项前述权利要求所述的充电组件（10），
其特征在于，
所述充电组件（10）包括至少一个隔离电源（20），其中的每个提供各自连接到一个隔离型DC功率输出（14）的至少两个电源输出（28）。
6.根据前述权利要求5所述的充电组件（10），
其特征在于，
所述隔离电源（20）包括AC功率源（22）和十二点整流器（24）或Vienna整流器（26）中的至少一个，以及
所述十二点整流器（24）或所述Vienna整流器（26）具有各自连接到一个隔离型DC功率输出（14）的两个电源输出（28）。
7.根据前述权利要求6所述的充电组件（10），
其特征在于，
所述隔离电源（20）配置成操作带有基本相等的负载的两个电源输出（14）。
8.根据任一项前述权利要求所述的充电组件（10），
其特征在于，
每个隔离型DC功率输出（14）包括隔离转换器（15）。
9.根据前述权利要求8所述的充电组件（10），
其特征在于，
所述隔离转换器（15）通常在每个隔离转换器（15）的最大电流的倍数的电流设定点处操作。
10.根据任一项前述权利要求所述的充电组件（10），
其特征在于，
所述充电组件（10）包括至少一个出口充电器（30），其中的每个连接到一个出口（16）。
11.根据任一项前述权利要求所述的充电组件（10），
其特征在于，
所述充电组件（10）包括至少一个预充电级（32），其中的每个连接到一个出口（16）。
12.根据任一项前述权利要求所述的充电组件（10），
其特征在于，
所述切换组件（18）包括有源和无源切换元件（S1、……、S21、D1、……、D5）的组合。
13.根据任一项前述权利要求所述的充电组件（10），
其特征在于，
所述充电组件（10）包括被提供来使所述可充电存储装置（12）竖直分离的竖直隔离屏障（34）。
14.根据任一项前述权利要求所述的充电组件（10），
其特征在于，
所述充电组件（10）包括被提供来使所述充电组件（10）在个别的隔离型DC功率输出（14）之间水平分离的至少一个水平隔离屏障（36）。
15.一种用于对至少一个可充电存储装置（12）进行充电的方法，包括以下的步骤：
提供多个隔离型DC功率输出（14），
提供用于连接到所述至少一个可充电存储装置（12）的至少一个出口（16），以及
提供用于使所述多个隔离型DC功率输出（14）连接到用于连接到所述至少一个可充电存储装置（12）的所述至少一个出口（16）的至少一个切换组件（18），
其特征在于，
所述方法包括以下的额外的所述步骤：使所述多个隔离型DC功率输出（14）中的至少两个串联和/或并联连接到所述至少一个出口（16）。
16.根据权利要求15所述的方法，
其特征在于，
提供用于连接到所述至少一个可充电存储装置（12）的至少一个出口（16）的所述步骤包括：提供多个出口（16），以及
使所述多个隔离型DC功率输出（14）中的至少两个串联和/或并联连接到所述至少一个出口（16）的所述步骤包括：使所述多个隔离型DC功率输出（14）中的至少两个独立于所述多个出口（16）而串联和/或并联连接。
17.根据前述权利要求15或16中的任一项所述的方法，
其特征在于，
使所述多个隔离型DC功率输出（14）中的至少两个串联连接到所述至少一个出口（16）的所述步骤包括：在比所述多个隔离型DC功率输出（14）中的所述至少两个中的至少一个略高，优选地更高1%与40%之间，进一步优选更高3%与30%之间，更进一步优选更高5%与20%之间的电流设定点处，操作所述多个隔离型DC功率输出（14）中的所述至少两个中的至少一个。
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